硅膠—水吸附式制冷機研制與吸附式制冷變熱源特性研究.pdf

1、吸附式制冷以其對環(huán)境友好、能充分地利用余熱等優(yōu)點而具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益，是90℃以下低溫余熱利用中具有較強競爭力的制冷方式。本文針對目前開發(fā)的低溫?zé)嵩打?qū)動的吸附制冷機中存在諸如真空閥門多、運行可靠性差、低溫下運行效率低及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點，研制了一種全新的高效可靠的硅膠—水雙床連續(xù)吸附式制冷機，并對該制冷機進行了系統(tǒng)的理論分析和實驗研究。該制冷機具有結(jié)構(gòu)新穎、循環(huán)效率高、能夠有效利用65～85℃范圍內(nèi)低溫?zé)嵩吹奶攸c。本文同時針對

2、吸附式制冷機的在實用化過程中存在的變熱源問題，分別對活性炭—甲醇吸附式制冷系統(tǒng)和硅膠—水吸附式制冷系統(tǒng)在變熱源運行下的動態(tài)特性進行了試驗研究，提出了減輕或消除熱源變化對吸附制冷機性能影響的措施和方法。本文的研究成果對吸附式制冷系統(tǒng)的實用化和商業(yè)化具有重要的意義。具體內(nèi)容包括： 1)以前人研制的雙床、雙蒸發(fā)器、雙冷凝器結(jié)構(gòu)的制冷機為基礎(chǔ)，采用緊湊化換熱器設(shè)計思想，研制了一臺10kW硅膠—水吸附制冷機。該制冷機由三個真空腔組成，使得

3、真空閥門的個數(shù)減少為一個;蒸發(fā)器采用了環(huán)路重力熱管隔離技術(shù)，把兩個制冷劑蒸發(fā)器和熱管工質(zhì)蒸發(fā)器復(fù)合在一起，實現(xiàn)了制冷劑蒸發(fā)器之間工作的自動切換；蒸發(fā)器的熱管工質(zhì)蒸發(fā)面和制冷劑蒸發(fā)器均為毛細(xì)蒸發(fā)表面，提高了蒸發(fā)器的換熱效率和緊湊性。 2)對吸附床和熱管隔離蒸發(fā)器等關(guān)鍵部件進行了理論和數(shù)值分析，建立了吸附床和蒸發(fā)器動態(tài)傳熱過程的數(shù)學(xué)模型，并進行了數(shù)值求解，較為準(zhǔn)確地獲得了吸附床和熱管隔離蒸發(fā)器的換熱系數(shù)，在理論上對吸附床和蒸發(fā)器的換

4、熱性能進行了評估。 3)根據(jù)所研制的吸附制冷機的結(jié)構(gòu)特點和熱力循環(huán)方式，建立了制冷機運行過程的動態(tài)仿真數(shù)學(xué)模型，通過仿真計算，獲得了各個工況下吸附制冷機的運行特性以及各關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)對制冷機性能的影響，對研制工作的合理性和有效性進行了評估。 4)通過實驗的方法對研制的硅膠—水吸附制冷機的整體性能和各個部件的性能進行了測試，同時，對仿真模型的有效性進行了驗證。測試結(jié)果表明，在冷卻水、熱水和冷凍水進口溫度分別為31℃、85℃和

5、20℃的條件下，制冷機的制冷功率達到10kW以上，COP為0.4，當(dāng)熱源的溫度為65℃時，制冷量和COP分別為6kW和0.37，有力證明了本文研制的制冷機結(jié)構(gòu)具有較高的效率和較大的實用價值。通過一年多的工程應(yīng)用，證實了該制冷機可靠性較高、低溫性能良好。 5)變熱源問題是吸附式制冷系統(tǒng)應(yīng)用中不可避免的問題。為了滿足實用化的需要，本文對傳統(tǒng)雙床吸附式制冷/熱泵/制冰機及新型硅膠—水吸附制冷機的變熱源工況特性進行了試驗研究，分析了熱源